JP2007040228A - タービン排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく排気室内の蒸気流の圧力損失を低減させることができるタービン排気装置を提供する。
【解決手段】蒸気タービンの最終段出口から排気室５に流出した蒸気を排出するタービン排気装置において、蒸気タービンのタービンロータを覆う内ケーシング２と、この内ケーシング２との間に排気室５を形成する外ケーシング１とを備え、内ケーシング２は上半ケーシング２ａと下半ケーシング２ｂとに分割されており、これら上半ケーシング２ａ及び下半ケーシング２ｂは互いを連結するフランジ３ａ，３ｂを対向部にそれぞれ有し、内ケーシング２の中心軸Ｏに直交する断面で見たとき、フランジ３ａ，３ｂは、その外形線Ｓと中心軸Ｏとの距離Ｒが内ケーシング２の外周面との境界Ｓ１から相手フランジとの対向部Ｓ２に向かって単調に増加するように形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、蒸気タービンのロータを通過した蒸気流を排気口から排出するタービン排気装置に関する。

蒸気タービンには、タービンロータを通過した蒸気流を排気して、さらに低圧の蒸気タービンや復水器等といった後段の設備に導くタービン排気装置が備えられている。タービン排気装置は、タービンロータを覆う内ケーシングと内ケーシングをさらに覆う外ケーシングとの間に形成された排気室を有しており、タービンロータを通過した蒸気はこの排気室を通って後段の設備に導かれる。

このようなタービン排気装置において、一般に内ケーシングは上半側と下半側を締結して構成されているが、上半側と下半側とを連結する水平フランジや締付ボルトが排気室に突出する格好となる。このように排気室に突き出した水平フランジや締付ボルトは蒸気流の妨げとなり、排気室内の蒸気流が乱れることで圧力損失の発生要因となっていた。

それに対し、内ケーシングの外周部を覆うフローガイドを設け、見かけ上、排気室流路への水平フランジ等の突出を回避し、フローガイドで蒸気流を案内することで蒸気流の乱れの軽減を図ったものがある（特許文献１等参照）。

特開２００１−３７１０号公報

しかしながら、上記従来技術では内ケーシングにフローガイドという新たな部品を追加することにより、分解及び組立の際の工数が増加してしまい、作業性を低下させていた。

本発明の目的は、部品点数を増やすことなく排気室内の蒸気流の圧力損失を低減させることができるタービン排気装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンの最終段出口から排気室に流出した蒸気を排出するタービン排気装置において、蒸気タービンのタービンロータを覆う内ケーシングと、この内ケーシングとの間に前記排気室を形成する外ケーシングとを備え、前記内ケーシングは上半ケーシングと下半ケーシングとに分割されており、これら上半ケーシング及び下半ケーシングは互いを連結するフランジを対向部にそれぞれ有し、前記内ケーシングの中心軸に直交する断面で見たとき、前記フランジは、外形線と前記中心軸との距離が前記内ケーシングの外周面との境界から相手フランジとの対向部に向かって単調に増加するように形成されていることを特徴とする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記フランジの外形線が曲線であることを特徴とする。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記フランジの締結ボルトに穴付ボルトを用いたことを特徴とする。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記フランジの締結ボルトのボルトヘッドが前記フランジの外形線内に収まるように前記上半ケーシングに座グリを穿設したことを特徴とする。

本発明によれば、フランジそのものが整流要素を兼ねるので、部品点数を増やすことなく排気室内の蒸気流の圧力損失を低減させることができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
本発明は低圧〜高圧の各蒸気タービンのタービン排気装置に適用可能であるが、以下の実施の形態では中圧タービンのタービン排気装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

図１は本発明の適用例である蒸気タービンの高中圧部の概略構成を表す断面図である。
図１において、高圧入口部１１から流入した蒸気は、高圧タービン段落１４で仕事をして高圧排気室１２を経て高圧排気管１３へと流出する。高圧排気管１３を経て高圧排気室１２から流出した蒸気は、ボイラ（図示せず）を経て再熱入口管１５から中圧タービン段落１６に流入し、中圧タービン段落１６で仕事をした後、中圧排気室５を経てクロスオーバ管６へと流出する。

図２は一般的な中圧タービンのタービン排気装置の概略構成を表した断面図であり、図１と同様の部分に相当する箇所には図１と同符号を付して説明を省略する。
図２に示したタービン排気装置は、蒸気タービンのタービンロータ（図示せず）を覆う内ケーシング２と、この内ケーシング２を覆う外ケーシング１とを備えている。内ケーシング２は上半ケーシング２ａと下半ケーシング２ｂとに分割されており、これら上半ケーシング２ａ及び下半ケーシング２ｂは互いを連結する水平フランジ３ａ’，３ｂ’をそれぞれの対向部に備えている。水平フランジ３ａ’，３ｂ’は締付けボルト（六角ボルト）４’により締結されている。

本実施の形態において、外ケーシング１には、上方に延びる上記クロスオーバ管６と下方に延びる上記抽気配管７が設けられている。クロスオーバ管６は低圧蒸気タービン（図示せず）に接続しており、クロスオーバ管６を介して排気された蒸気は低圧蒸気タービンで仕事をする。一方、抽気配管７を介して抽気された蒸気は加熱器（図示せず）に導かれて加熱される。

中圧段にて仕事をして中圧最終段動翼（図示せず）から流出した蒸気９ａ，９ｂは、内ケーシング２の外周面と外ケーシング１の内周面との間に形成された排気室５に流入する。最終段動翼から流出し上方に向かう蒸気９ａはクロスオーバ管６に導入され低圧タービンへと流れる。一方、最終段動翼から流出し下方に向かう蒸気９ｂは、内ケーシング２の外周面に内ケーシング２の中心軸にほぼ直交する面に沿って設けたスチームガイド８の下半側に沿って流れ、その一部の蒸気９ｃは抽気配管７を通り加熱器（図示せず）へと導かれるが、残りの蒸気９ｄは折り返してスチームガイド８の裏側を通り、水平フランジ３ａ’，３ｂ’を越えて上方に流れる。水平フランジ３ａ’，３ｂ’を越えた蒸気９ｅは、蒸気９ａと合流しクロスオーバ管６を介して低圧タービンに導かれる。

こうした一般的なタービン排気措置では、内ケーシング２の上半ケーシング２ａと下半ケーシング２ｂを締結する水平フランジ３ａ’，３ｂ’や締付ボルト４’が排気室５に突出する格好となる。蒸気流路となる排気室５に突き出した水平フランジ３ａ’，３ｂ’や締付ボルト４’は蒸気流の妨げとなり、排気室５内の蒸気流９ｄ，９ｅが乱れることで圧力損失を増大させる。

そこで、本発明は部品点数を増やすことなく排気室５内の蒸気流９ｄ，９ｅの圧力損失を低減させる。

図３は本発明の一実施の形態に係るタービン排気装置の軸方向から見た断面図、図４は本発明の一実施の形態に係るタービン排気装置の内ケーシングを抽出して表す概略斜視図である。図３及び図４では図１又は図２と同様の部分に相当する箇所に同符号を付して説明を省略する。
図３及び図４に示すように内ケーシング２の中心軸Ｏに直交する断面で見たとき、内ケーシングの上半ケーシング２ａ及び下半ケーシング２ｂにそれぞれ備えられた本実施の形態に係るフランジ３ａ，３ｂは、その外形線Ｓ上の点Ｓθと中心軸Ｏとの距離Ｒが内ケーシングの外周面との境界Ｓ１から相手フランジとの対向部Ｓ２に向かって単調に増加するように形成されている。

本実施の形態において、フランジ３ａ，３ｂは、外形線Ｓが径方向外側に凸の曲線となるように形成されているが、例えば境界Ｓ１から対向部Ｓ２にかけて外形線Ｓが直線となるように形成されていても良い。また、距離Ｒが境界Ｓ１から対向部Ｓ２に向かって単調に増加するように形成されていれば、外形線Ｓが、変曲点を境に、境界Ｓ１側が径方向内側に凸、対向部Ｓ２側が径方向外側に凸の曲線となるようにしても良い。また、対向部Ｓ２の近傍では距離Ｒが一定となるようにしても良い。

また、本実施の形態において、フランジ３ａ，３ｂを締結する締結ボルト４には、ボルトヘッドの外径部分を工具で把持するタイプのボルト（六角ボルト等）でなく、Ｌ型レンチ等で締め付けられる穴付ボルト（六角穴付きボルト等）を用いている。また、上半ケーシング３ａには、締結ボルト４のボルトヘッドがフランジ３ａの外形線Ｓ内に収まるようにボルトヘッド収納用の座グリ１０が穿設されている。

本実施の形態によれば、フランジ３ａ，３ｂを上記のように形成し、フランジ３ａ，３ｂの外形面は内ケーシング２の外周面に対して滑らかに接続させてあるので、一般的な水平フランジ３ａ’，３ｂ’（図２参照）のようにフランジ３ａ，３ｂが急激に排気室５の蒸気流路を狭めるようなことがない。言い換えれば、境界Ｓ１から相手フランジとの対向部Ｓ２に向かって距離Ｒが単調に増加する外形線Ｓを持つようにフランジ３ａ，３ｂを形成したことより、排気室５の流路抵抗を大幅に低減させるとともにフランジ３ａ，３ｂそのものが蒸気流の整流要素となる。これにより、一般的な水平フランジ３ａ’，３ｂ’を用いた場合に比して、排気室５内の蒸気の流れを円滑化しての圧力損失を飛躍的に低減させることができ、ひいてはタービン性能を向上させることができる。

また、本実施の形態では、フランジ３ａ，３ｂそのものがその形状によってフローガイドとして機能するので部品点数が変わらないことも大きなメリットである。したがって、仮に従来構成において内ケーシングの外周部全体又は水平フランジ部分を覆うフローガイドを設けて蒸気流の乱れの軽減を試みる場合のような、部品点数の増加による分解及び組立の際の工数増加や作業性の低下を招く恐れがない。

さらには、図２に示した一般的な構成と異なり、上半ケーシング２ａのフランジ３ａに座グリ１０を穿設し、座グリ１０に締付ボルト４のボルトヘッドが収容され、フランジ３ａの外形線Ｓから締付ボルト４のボルトヘッドを突出させず、締付ボルト４が流路抵抗とならないように配慮されている。さらには、締付ボルト４を穴付ボルトとすることで、ボルトヘッドの外径部を工具で把持して締め付ける六角ボルト等を用いた場合に比べ、座グリ１０の内径を最小径に設定することができる。これにより、締付ボルト４のボルトヘッドや座グリ１０により生じる蒸気流の乱れを最小限に抑制することができ、上記と併せて大きく圧力損失を低減させることができる。

なお、本実施の形態においては、中圧タービンの出口部に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、前述した通り高圧タービンの出口部（図１の高圧排気室１２等）や低圧タービンの出口部にも本発明は適用可能であり、それらの場合も同様の効果を得ることができる。

本発明の適用例である蒸気タービンの高中圧部の概略構成を表す断面図である。 一般的な中圧タービンのタービン排気装置の概略構成を表した断面図である。 本発明の一実施の形態に係るタービン排気装置の軸方向から見た断面図である。 本発明の一実施の形態に係るタービン排気装置の内ケーシングを抽出して表す概略斜視図である。

符号の説明

１ 外ケーシング
２ 内ケーシング
２ａ 上半ケーシング
２ｂ 下半ケーシング
３ａ，ｂ フランジ
４ 締結ボルト
５ 排気室
９ａ〜ｅ 蒸気
１０ 座グリ
Ｏ 中心軸
Ｒ 外形線と中心軸との距離
Ｓ 外形線
Ｓ１ フランジと内ケーシングの外周面との境界
Ｓ２ フランジの対向部

Claims (4)

1. 蒸気タービンの最終段出口から排気室に流出した蒸気を排出するタービン排気装置において、
   蒸気タービンのタービンロータを覆う内ケーシングと、この内ケーシングとの間に前記排気室を形成する外ケーシングとを備え、
   前記内ケーシングは上半ケーシングと下半ケーシングとに分割されており、これら上半ケーシング及び下半ケーシングは互いを連結するフランジを対向部にそれぞれ有し、
   前記内ケーシングの中心軸に直交する断面で見たとき、前記フランジは、外形線と前記中心軸との距離が前記内ケーシングの外周面との境界から相手フランジとの対向部に向かって単調に増加するように形成されていることを特徴とするタービン排気装置。
2. 請求項１のタービン排気装置において、前記フランジの外形線が曲線であることを特徴とするタービン排気装置。
3. 請求項１のタービン排気装置において、前記フランジの締結ボルトに穴付ボルトを用いたことを特徴とするタービン排気装置。
4. 請求項１のタービン排気装置において、前記フランジの締結ボルトのボルトヘッドが前記フランジの外形線内に収まるように前記上半ケーシングに座グリを穿設したことを特徴とするタービン排気装置。

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